油氣管道的焊接技術(shù)分析

孔劍

【摘要】我國(guó)管道建設(shè)從無到有，從小到大，已經(jīng)形成了一個(gè)橫貫東西的大格局，并且有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。特別是西氣東輸三線的開工，為油田建設(shè)企業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)空間。本文主要就油氣管道建設(shè)有關(guān)問題，進(jìn)行了綜合性的技術(shù)分析。

【關(guān)鍵詞】管道建設(shè) 焊接處理 工藝技術(shù)

一、焊接工藝的確定

（一）打底焊工藝

使用纖維素焊條手工焊纖維素下向焊焊條的藥皮中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω為30%～50%的有機(jī)物、纖維素，具有極強(qiáng)的造氣功能，焊接時(shí)在電弧熱的作用下可以分解出大量的CO和CO₂氣體，在保護(hù)電弧和熔池金屬的同時(shí)，顯著增加了電弧吹力，保證了熔滴在全位置焊接時(shí)向熔池的穩(wěn)定過渡，還可阻止鐵水和液態(tài)熔渣的下淌，同時(shí)還有較大的熔透能力和優(yōu)異的填充間隙性能，對(duì)管子的對(duì)口間隙要求不很嚴(yán)格，焊縫背面成形好，氣孔敏感性小，容易獲得高質(zhì)量的焊縫，因此特別適合打底焊。

（二）填充、蓋面焊工藝

使用鐵粉低氫型焊條手工焊使用鐵粉低氫型向下焊條進(jìn)行填充、蓋面焊無論在國(guó)內(nèi)和國(guó)外都有許多成功的范例，其靈活簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)勞動(dòng)力資源相對(duì)豐富的條件下，更得到了充分的發(fā)揮。特別是近年來焊條工藝性能的改進(jìn)，其熔敷效率、力學(xué)性能指標(biāo)等均能滿足當(dāng)今管道建設(shè)的需要，在焊接自動(dòng)化率要求不高的場(chǎng)合是十分適用的。

二、管道建設(shè)特點(diǎn)對(duì)焊接設(shè)備應(yīng)用的影響

管道建設(shè)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)不在固定的區(qū)域，施工環(huán)境復(fù)雜且多變，全位置焊接操作，施工固定條件不穩(wěn)定，和應(yīng)用的焊接工藝種類多等幾個(gè)方面這些特點(diǎn)影響著焊接施工用焊接設(shè)備的選型。管道建設(shè)屬于典型的野外施工作業(yè)，其作業(yè)點(diǎn)沿著管道的走向不斷遷移，焊接工作的難度可想而知，而采用流水作業(yè)或單兵作業(yè)的方式，更為這種模式的推進(jìn)帶來了困難。因此，焊接設(shè)備也需要隨著作業(yè)地點(diǎn)的改變而來斷移動(dòng)，這就對(duì)焊接設(shè)備的質(zhì)量、體積、抗震等方面有所要求。

（1）在不同地形地貌、不同氣候條件，不同管徑、不同壁厚和不同旗工技術(shù)能力等條件下，對(duì)管道施工要采取的焊接工藝選擇是不一樣的。目前管道建設(shè)過程中采用的焊接工藝主要有纖維素型焊條下向電弧焊（SMAW），低氫焊條一向電弧焊（SMAW），自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)電弧焊，高性能焊機(jī)的CO₂氣體保護(hù)半自動(dòng)焊或自動(dòng)焊?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的焊接設(shè)備應(yīng)能夠適應(yīng)上述一種或多種焊接工藝。

（2）所要焊接的鋼管是水平固定的，管道焊接施工都是全位置的焊接操作。這對(duì)焊接設(shè)備、焊接材料和焊工操作水平都提出了較高的要求，需要焊接人員以更高的水平和更精細(xì)的焊接耐心。

（3）為提高管道建設(shè)速度，需要盡量縮短管口組對(duì)和根部焊接的時(shí)間，即在前一道焊口完成根部焊接進(jìn)行熱焊的同時(shí)，進(jìn)行下一道焊口的管口組對(duì)，這樣做可以提高效率，但是管子不能穩(wěn)定地固定，會(huì)產(chǎn)生一定的附加應(yīng)力。因此，選擇根焊焊接設(shè)備和焊接工藝的原則就是盡量快速地實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型，從而保證根焊層的厚度。

三、油氣管道焊接設(shè)備的選擇特點(diǎn)

（一）工藝適應(yīng)性好

針對(duì)長(zhǎng)輸管道建設(shè)常用的幾種焊接工藝，焊接設(shè)備應(yīng)具有良好的工藝適應(yīng)性。對(duì)于纖維素型焊條焊接，還應(yīng)保證小電流全位置焊接操作時(shí)飛濺小、引弧容易，有足夠大的電弧推力利于單面焊雙面成型。對(duì)于自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊，應(yīng)保證送絲平穩(wěn)，飛濺小。對(duì)于CO₂或富氬氣保護(hù)自動(dòng)焊，焊接電源應(yīng)具有熱起弧和電流衰減功能，應(yīng)能保證每臺(tái)焊接電源的外特性曲線一致，整套設(shè)備操作方便，焊接規(guī)范易于修改。

（二）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高

我國(guó)管道施工的大部分地區(qū)多為戈壁和荒漠，冬季嚴(yán)寒，夏季炎熱，風(fēng)沙大，晝夜溫差大；西北部地區(qū)多為高原和丘陵，氣溫、氣壓總體偏低、空氣密度小；中部地區(qū)主要為山脈、黃土和山間平原，山勢(shì)陡峭，河谷彎曲，地形起伏大；東、南部地區(qū)則是高溫、多雨、湖濕的氣候條件。因此，焊接設(shè)備應(yīng)具備良好的在不同惡劣環(huán)境條件下的適應(yīng)性，抗嚴(yán)寒，耐高溫，抗顛簸，防湖、耐風(fēng)沙，耐高原缺氧等。野外施工時(shí)，每天的焊接時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10-12小時(shí)，焊接設(shè)備一旦發(fā)生故障，將極大地影響施工進(jìn)度和施工成本，特別是流水作業(yè)方式的施工，會(huì)發(fā)生大面積的窩工現(xiàn)象。因此，管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工更愿意選擇功能簡(jiǎn)單，可靠性高的專機(jī)類設(shè)備組合成為一套的施工設(shè)備的機(jī)具。

四、管道焊接的技術(shù)應(yīng)用

管道焊接施工中使用的焊接設(shè)備主要為適合于纖維素焊條、低氫焊條和自保護(hù)藥芯焊絲的逆變式直流電源和適合于CO₂焊的脈沖直流電源。

（一）纖維素焊條用焊接設(shè)備

纖維素焊條的焊接電流值較小，但是它的電壓值較大（30-35V）。使用一般的直流焊機(jī)進(jìn)行焊接，在小電流時(shí)易出現(xiàn)斷弧、粘條、電弧不穩(wěn)等問題。目前，針對(duì)纖維素焊條焊接而研制開發(fā)的焊接電源種類很多，但在管道中得到成功應(yīng)用的并不多。管道焊接施工中常用的焊接電源有美國(guó)林肯公司的DC—400，濟(jì)南奧太集團(tuán)的ZX7-400ST，另外美國(guó)MILLER公司的XMT-340，北京時(shí)代集團(tuán)公司的ZX7-400B（PE21-400）等焊接電源也有應(yīng)用。

（二）低氫型焊條用焊接設(shè)備

低氫型焊條對(duì)弧焊設(shè)備的要求較低，一般的直流弧焊設(shè)備即可滿足要求。在長(zhǎng)輸管道建設(shè)中，一般采用與纖維素焊條焊接相同的焊接電源。

（三）CO₂氣體保護(hù)焊用焊接設(shè)備

自動(dòng)焊的情況下，則還要求焊接電源的外特性曲線能夠與控制系統(tǒng)的控制特性相協(xié)調(diào)。成焊口根部的單面焊雙面成型，自動(dòng)焊則用來完成從根部焊到蓋面的全部焊接過程。在半自動(dòng)焊的情況下，具有脈沖功能的焊接電源匹配送絲平穩(wěn)的送絲機(jī)構(gòu)，更容易保證全位置的焊接操作和焊縫的焊接處迅速成型。

五、管道合攏工藝當(dāng)一個(gè)作業(yè)機(jī)組

將若干鋼管焊接成一段管道后，就要和另一個(gè)作業(yè)機(jī)組焊成的另一段管道進(jìn)行連接，俗稱合攏。由于此時(shí)進(jìn)行的是所謂的封閉連接，因此不能使用管端坡口整形機(jī)來加工坡口。又由于此時(shí)需要連接的長(zhǎng)度并非是一根鋼管的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，因此還要對(duì)鋼管進(jìn)行切斷并在切斷鋼管的同時(shí)加工出坡口。這道工序通常使用鋼管火焰自動(dòng)切割機(jī)。

總之，管道焊接施工既有平原大機(jī)組流水作業(yè)，也有山區(qū)小機(jī)組流水作業(yè)，還有溝下或水網(wǎng)地帶單兵作業(yè)。在這些不同的作業(yè)方式中，施工作業(yè)面寬，焊接點(diǎn)分散，技術(shù)人員不可能對(duì)每一臺(tái)焊接設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，為此，焊接設(shè)備的控制面板應(yīng)操作簡(jiǎn)單、易于讓人理解，方便調(diào)節(jié)，從而在保障生產(chǎn)順利進(jìn)行中發(fā)揮積極作用。endprint